【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油气田开发领域，尤其涉及一种用于预测压裂裂缝的起裂和扩展特征的方法。
技术介绍
1、现今，水力压裂是实现致密储层增储、降本和增效的重要措施。一体化建井压裂方案是采用投球开启滑套的不动管柱多级压裂技术，具有施工工艺简单、压裂效率高和压裂后管柱通径大的独特优势。常用的一体化建井的滑套尺寸为73型(20×20mm导流孔6个)、89型(40×20mm导流孔6个)和101型(40×20mm导流孔8个)。
2、采用一体化建井方案得到的压裂裂缝，具有从水泥环-地层双界面起裂的特性，这一特性使得压裂裂缝的轨迹难以被预测。同时，在建井过程中，扩展裂缝诱导应力与原地应力场叠加会形成复合应力场，改变水泥环附近地应力的大小及方向，将使水泥环的应力发生改变，从而形成微环隙或微裂隙。另外，射孔会对井筒造成局部损伤，尤其是导致水泥环本体被破坏、第一界面(套管－水泥环界面)和第二界面(水泥环－围岩界面)的胶结脱离以及导致微环隙等。在后期页岩气水平井体积压裂过程中，由于高压流体的注入，界面微环隙将会加剧对裂缝扩展的影响，其中，当三向应力(径向、环向、轴向)均处于拉伸状态时，应力的失效准则为水泥环拉张破坏；当三向应力处于拉伸－压缩－压缩应力状态或拉伸－拉伸－压缩应力状态时，应力的失效准则为水泥环-地层界面拉压破坏。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种用于预测压裂裂缝的起裂和扩展特征的方法，包括：设计满足一体化建井的压裂工具组合，其中，所述压裂工具组合包括套管组合和水泥环
2、优选地，在获得所述第一起裂特征的步骤中，包括：通过分析所述水泥环应力的状态，来计算表征水泥环失效的第一特征参量阈值，从而得到第一起裂压力，其中，若所述水泥环的三向应力均处于拉伸应力状态，则将满足第一关系的最大主应力的取值范围作为所述第一特征参量阈值中的第一阈值，所述第一关系表征所述水泥环应力中的最大主应力与所述水泥环的抗拉强度之间的相关关系，其中，所述第一关系利用如下表达式表示：
3、σ1≥σt
4、其中，σ1表示水泥环的最大主应力，σt表示水泥环的抗拉强度，
5、若所述水泥环的三向应力处于拉伸-压缩-压缩应力状态、或拉伸-拉伸-压缩应力状态，则将满足第二关系的最小主应力的取值范围作为所述第一特征参量阈值中的第二阈值，所述第二关系表征所述水泥环应力中的最小主应力与所述水泥环的抗压强度之间的相关关系，其中，所述第二关系利用如下表达式表示：
6、
7、其中，σ3表示水泥环的最小主应力，σc表示水泥环的抗压强度。
8、优选地，在获得所述第二起裂特征的步骤中，包括：根据最大张应力准则，来计算表征地层开裂的第二特征参量阈值，从而得到第二起裂压力，其中，将满足第三关系的最小主应力的取值范围作为所述第二特征参量阈值，所述第三关系表征所述地层应力中的最小主应力与地层的岩石抗张强度之间的相关关系，其中，所述第三关系利用如下表达式表示：
9、σ3'-α·pp≤-σt'
10、其中，σ3'表示地层的最小主应力，σt'根据表示岩石抗张强度，pp表示地层压力，α表示比奥特弹性系数。
11、优选地，所述方法还利用莫尔圆应力分析法来获取所述第二起裂特征中的起裂角特征参量。
12、优选地，在获取所述环隙的应力分布特征的步骤中，包括：在水泥环裂缝延伸至所述环隙时，对所述环隙进行受力分析，从而根据分析结果，确定环隙对应的受力状态，基于此，计算环隙的壁面上的第一应力参量，并利用如下表达式，将所述第一应力参量转化为所述环隙的应力分布特征：
13、
14、
15、
16、其中，β表示水泥环裂缝和环隙之间的逼近角，σβx、σβy分别表示在与逼近角有关的坐标系中沿x轴和沿y轴环隙的壁面的正应力分量，ki表示应力强度因子，r表示环隙的壁面上任意一点到水泥环裂缝尖端的距离，θ＇表示环隙的壁面上任意一点到水泥环裂缝尖端的连线、与地层最大水平主应力方向的夹角，τβ表示在与逼近角有关的坐标系中环隙的壁面的剪应力分量，σh表示地层最大水平主应力，σh表示地层最小水平主应力。
17、优选地，在根据环隙应力分布特征，诊断所述水泥环裂缝形成所述地层裂缝的可能性的步骤中，包括：根据所述环隙应力分布特征中的剪应力的分布特征，判断所述环隙是否具有剪切滑移特征，并在判定不具有时结合相应地层的岩石抗张强度，诊断水泥环裂缝延伸至穿出所述环隙的可能性，其中，在可穿出时，根据所述环隙在发生剪切破坏时的临界特征，判断所述环隙是否发生剪切破坏，其中，在未发生剪切破坏时，确定所述水泥环裂缝能够形成所述地层裂缝。
18、优选地，在判断所述环隙是否发生剪切破坏的步骤中，包括：根据所述环隙在即将发生剪切破坏时所具有的临界特征，确定所述环隙的剪切破坏状态，以判定所述环隙是否发生剪切破坏，其中，利用如下表达式来表示达到所述临界特征所满足的条件：
19、|τβ|＝s0-μσβy
20、其中，τβ表示在与逼近角有关的坐标系中环隙的壁面的剪应力分量，s0表示环隙壁面的粘聚力，μ表示环隙壁面的摩擦因数，σβy表示在与逼近角有关的坐标系中沿y轴环隙的壁面的正应力分量。
21、优选地，所述方法还包括：利用所述环隙应力分布特征中的正应力的分布特征，结合环隙裂缝的缝内流体的压力参量，计算所述环隙裂缝的张开特征，以得到所述水泥环裂缝所形成的环隙裂缝的扩展特征：
22、
23、其中，w表示环隙裂缝的张开宽度，ν表示泊松比，σh表示地层最小水平主应力，e表示杨氏模量，hf表示环隙的高度，pnet表示原始地层压力，σβy表示在与逼近角有关的坐标系中沿y轴环隙的壁面的正应力分量。
24、优选地，在预测所形成的地层裂缝的扩展特征的步骤中，利用如下表达式，获取表征所述地层裂缝的宽度的第一扩展特征：
25、
26、其中，表示斜井第j井段第i处射孔裂缝扩展到第n1段时第k段的裂缝平均宽度，e'表示岩石的弹性模量，kic表示岩石的i型断裂韧性，表示斜井第j井段第i处射孔裂缝扩展到第n1段时的单翼长度，表示斜井第j井段第i处射孔裂缝扩展到第n1段时前面第m段的裂缝扩展长度。
27、优选地，所述方法还利用如下表达式，获取表征所述地层裂缝的缝内摩阻压力降的第二扩展特征：
28、
29、其中，表示斜井第j井段第i处射孔裂缝扩本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于预测压裂裂缝的起裂和扩展特征的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获得所述第一起裂特征的步骤中，包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在获得所述第二起裂特征的步骤中，包括：
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还利用莫尔圆应力分析法来获取所述第二起裂特征中的起裂角特征参量。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，在获取所述环隙的应力分布特征的步骤中，包括：
6.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，在根据环隙应力分布特征，诊断所述水泥环裂缝形成所述地层裂缝的可能性的步骤中，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在判断所述环隙是否发生剪切破坏的步骤中，包括：
8.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
9.根据权利要求1～8中任一项所述的方法，其特征在于，在预测所形成的地层裂缝的扩展特征的步骤中，利用如下表达式，获取表征所述地层裂缝的宽度的第一扩
10.根据权利要求1～9中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还利用如下表达式，获取表征所述地层裂缝的缝内摩阻压力降的第二扩展特征：
11.根据权利要求1～10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还利用如下表达式，获取表征所述地层裂缝的总扩展时间的第三扩展特征：
...【技术特征摘要】
1.一种用于预测压裂裂缝的起裂和扩展特征的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获得所述第一起裂特征的步骤中，包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在获得所述第二起裂特征的步骤中，包括：
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还利用莫尔圆应力分析法来获取所述第二起裂特征中的起裂角特征参量。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，在获取所述环隙的应力分布特征的步骤中，包括：
6.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，在根据环隙应力分布特征，诊断所述水泥环裂缝形成所述地层裂缝的可能性的步骤中，包括：...
【专利技术属性】
技术研发人员：林永茂，雷炜，尹琅，慈建发，邱玲，滕小兰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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